郓城煤矿微震活动规律研究

张世东李 岩乔京利钱广斌

（1.山东省郓城煤矿，山东省郓城市，274718；2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京市朝阳区，100013；3.煤炭科学研究总院开采设计研究分院，北京市朝阳区，100013）

郓城煤矿微震活动规律研究

张世东1李 岩2，3乔京利1钱广斌1

（1.山东省郓城煤矿，山东省郓城市，274718；2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京市朝阳区，100013；3.煤炭科学研究总院开采设计研究分院，北京市朝阳区，100013）

根据郓城煤矿微震监测系统的监测结果，分析了1300工作面开采强度和推进速度对微震活动的影响、1300工作面微震事件能量分布和工作面内微震活动分布规律。结果表明：微震活跃度与开采强度和推进速度成正相关，推进度的剧烈变化会导致大能量事件发生；并通过对微震事件分布规律的分析确定了1300工作面开采影响范围和高冲击危险区域。

微震 开采强度 推进速度 冲击地压

近年来我国中东部地区由于浅部煤炭资源已经开采殆尽，越来越多的矿井转入深部开采，现有冲击地压矿井发生冲击地压的频率和强度都在增加，原本没有冲击地压的矿井也开始受到冲击地压的影响，冲击地压已经成为矿井五大灾害之外的又一大灾害。而微震监测技术被国内越来越多的煤矿做为预测预报冲击地压的主要监测手段。微震监测技术就是通过在煤矿井下巷道中布置传感器，接收煤岩体破裂时所发出的地震波，从而确定震源位置及震动能量，进而得到矿井冲击地压微震活动信息，为冲击地压防治提供依据。

郓城煤矿1300工作面采用综放开采，平均采深850 m，倾向长度100 m，为矿井的首采工作面。工作面左侧为八里庄支四断层（落差为5～110 m，倾角为75°），工作面内的FY15断层（落差为0～20 m，倾角为70°）贯穿1300工作面和1301工作面。1300工作面切眼位置处于背斜构造区域，如图1所示。

1　微震事件统计

为了加强对冲击地压的监测预报，郓城煤矿引进了ARAMIS M/E微震监测系统，对全矿井范围内的微震活动情况进行监测，并对1300工作面进行了加强监测。

图1　1300工作面采掘位置图

2014年6月至2015年2月，该微震监测系统共监测到1300工作面微震事件5831个，微震事件能量等级分布情况如图2所示。其中101J能量级事件3913个，102J能量级事件1712个，103J能量级事件196个，104J能量级事件9个，105J能量级事件1个，其能量为2.1×105J，郓城煤矿微震事件整体能量水平较低。

图2　微震事件能量分布图

2　开采强度对微震事件的影响

1300工作面在工作面回采前20 d内（2014年7月27日至8月15日）共监测到33个微震事件；回采后到放煤前20 d内（8月16日至9月4日）共监测到211个微震事件；放煤后（9月5日至9月25日）20 d内共监测到325个微震事件。不同时期各能级微震事件数分布情况见图3。由图3可知，1300工作面回采后微震事件显著增加，放煤工作对顶板扰动更强，微震事件发生的频率又再次增加，尤其是能量相对较高的103J能量级以上的事件增加更为明显。根据后续的监测发现，截至2015年2月28日，郓城煤矿能量大于104J事件均发生在回采开始后，并且90%处于工作面开始放煤后，表明开采强度对郓城煤矿1300工作面微震事件影响较大。

图3　不同时期各能级微震事件数柱状图

3　微震与工作面相对位置分析

为分析微震事件相对工作面的位置，采用锁定工作面位置的方法，制作出1300工作面微震事件与工作面相对位置统计图，见图4。由图4可以看出在1300工作面未开采前微震事件主要处于工作面前方，随着工作面回采的进行后方采空区垮落，工作面后方微震事件增多。工作面前方100 m处微震事件最多达到1402个，占1300工作面微震事件总数的29.39%；工作面前方100～200 m内微震事件有1251个，占微震事件总数的26.23%；工作面前方200～300 m内微震事件有378个，占微震事件总数的7.92%；工作面后方100 m内事件有411个，占微震事件总数的8.62%；工作面后方100 m至工作面前方300 m内的微震事件总数为3442个，占微震事件总数的72.16%。

随着与工作面距离的增加，微震事件逐步减少，但至600 m、700 m、800 m时微震事件数又处于略高水平，该区域处于1300工作面2#切眼区域，可见该距离内微震事件的增加主要受2#切眼的掘进工程的影响。

因此，可以确定1300工作面的开采影响范围为工作面后方100 m至前方300 m，该区域内冲击危险性较高，为重点防治区域。

4　微震活动与推进度关系分析

1300工作面微震事件数和微震能量与推进度关系见图5和图6。图中显示郓城煤矿1300工作面微震事件数和能量均与工作面的推进度呈正相关，微震活动随工作面推进度的增加而增加。但从12月20日开始，在1300工作面推进度未发生较大变化时，微震事件数和能量均呈现上升态势，原因是此时工作面处于FY15断层的下盘，并向断层逐步靠近所导致；表明此时工作面微震事件开始受到断层等其他因素的影响，工作面附近区域的危险程度上升。12月末工作面检修停采3天，微震事件数量下降较快，停采结束后迅速恢复至高速上升状态，工作面附近煤岩体内积聚的能量未得到释放，至1月9日在1300泄水巷发生一个105J能量等级微震事件（为分析当日其他微震事件，未将该事件计入当日能量统计）。

图4　各距离微震事件数柱状图

图5　微震事件数与推进度关系图

图6　微震能量与推进度关系图

分析对比1300工作面微震活动与推进度的关系表明，1300工作面推进速度为6.4 m/d时，微震事件数和能量仍处于中等水平，危险性不高。但推进速度的不均匀性对微震事件影响较大，尤其是在工作面停采后恢复开采时，推进度变化过于剧烈，使煤岩体内积聚的能量无法得到均匀缓慢释放，易诱发大能量微震事件，使冲击危险程度上升。

5　微震事件分布分析

1300工作面2#联络巷区域微震事件数变化见图7。从图7可以看出，在6月工作面切眼刚形成时期，2#联络巷附近区域受到掘进工程的影响，微震事件较多，至8月回采开始前，微震事件一直处于下降过程中，表明随时间的推移，该区域煤岩体逐渐趋于稳定。9月工作面开始回采，该区域微震事件大幅增加，并且发生一次显现明显的大能量事件。10月工作面进入见方区域，因此该区域微震事件数达到峰值；随工作面向前推进，该区域微震事件逐渐减少，但工作面后方的微震事件全部集中处于该区域，微震事件呈现出丛集现象，表明该区域的危险程度并未降低，至1月初又在该区域发生一个能量为105J等级的微震事件，该事件为微震系统运行以来监测到的最大能量事件，现场显现明显，该事件发生后，该区域微震事件丛集现象完全消失。

结果表明，微震事件的分布情况对矿井冲击危险区域及冲击危险程度的确定有较强的预示作用。每一个微震事件的发生均为一次能量释放，微震事件密集区域表明该区域应力集中程度较高，煤岩体内积聚能量较高，从而说明该区域危险程度较高；反之，微震事件稀疏区域则危险程度较低。

6　结论

（1）郓城煤矿1300工作面微震事件均以小能量事件为主，微震事件发生受开采强度影响很大，开采强度越高，微震事件发生的数量越多，活跃程度越高。

图7　2#联络巷附近区域微震事件数统计

（2）根据微震事件分布分析，郓城煤矿1300工作面的开采影响范围工作面后100 m至工作面前300 m以内区域。

（3）1300工作面微震事件的能量与频次与工作面推进度呈正相关。工作面推进速度为6.4 m/d时微震活动处于中等水平，但推进度的剧烈变化会导致大能量微震事件的发生，在一定推进速度内，非匀速推进更容易造成1300工作面冲击危险程度的升高。

（4）微震事件的丛集现象能很好地预测冲击危险区域，为现场防冲工作的开展提供依据。

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（责任编辑 郭东芝）

Study on regularity of micro-seismic activity in Yuncheng Coal Mine

Zhang Shidong1，Li Yan2，3，Qiao Jingli1，Qian Guangbin1
（1.Shandong Yuncheng Coal Mine，Yuncheng，Shandong 274718，China；2.Coal Mining&Designing Department，Tiandi Science&Technology Co.，Ltd.，Chaoyang，Beijing 100013，China；3.Coal Mining&Designing Research Branch，China Coal Research Institute，Chaoyang，Beijing 100013，China）

According to the monitoring results of micro-seismic monitoring system in Yuncheng Coal Mine，the influences of mining intensity and advance speed on micro-seismic activities in No.1300 working face，the energy distribution of micro-seismic incidents，and the distribution law of micro-seismic activities were analyzed.The results indicated that there was a positive correlation between the micro-seismic activities and the mining intensity or working face advance speed，the macro-energy incidents happened when the face advance changed violently. Through the analysis of micro-seismic incidents'distribution law，mining influence ranges and the dangerous zones of high impact were analyzed and determined.

micro-seismic，mining intensity，working face advance speed，rock burst

P631.4 TD324

A

张世东（1972-），男，工程硕士，高级工程师，从事矿井建设和生产技术管理工作。